金属热处理残余应力及其影响分析
热处理对有色金属材料性能的影响
热处理对有色金属材料性能的影响有色金属及其合金最常用的热处理方法：退火；固溶处理（淬火）；时效；变形热处理；化学热处理一.退火在金属材料的半成品或者制成品中常常存在有残余应力、成分不均匀、组织不稳定等缺陷，严重影响合金的工艺性能和使用性能，例如塑性低、耐蚀性差、力学性能差等。
要消除或者减少这些缺陷，则需要进行退火。
退火：加热到适当温度-----保温一定时间-----缓慢速度冷却.去应力退火、再结晶退火和均匀化退火加热温度对冷塑性变形金属的性能和组织的影响1.去应力退火铸件、焊接件、切削加工件、塑性变形件的内部往往存在很大的残余应力，使合金的应力腐蚀倾向大大增加，组织及力学性能稳定性显著降低。
因此，必须进行退火。
去应力退火是把合金加热到一个较低温度（低于材料再结晶开始温度），保持一定时间，以缓慢的速度冷却的热处理工艺。
冷却速度视合金能否热处理强化而定，对可热处理强化的合金要缓慢冷却。
在去应力退火的温度范围内保温，原子活动能力增加，消除或减少某些晶格中的缺陷（例：同一滑移系中异号为错相互抵消、空位及原子扩散的相互抵消等）。
从而使晶格弹性畸变能下降，保证合金制品的尺寸稳定，应力腐蚀倾向下降，但合金强度和硬度基本不下降。
去应力退火质量的主要因素是加热温度：过高，则工件强度和硬度大幅降低；过低，则需要长时间加热才能充分消除内应力，影响生产效率。
2.再结晶退火把工件加热到再结晶温度以上，保持一定时间，然后缓慢冷却的工艺。
再结晶退火的目的：细化晶粒，充分消除内应力，降低合金的强度和硬度，提高塑性。
再结晶过程是一个形核和晶核长大（聚集再结晶）的过程。
为了获得细小的晶粒组织，必须正确控制加热温度、保温时间和冷却速度三个因素。
对同一合金而言，加热温度越高，保温时间就要越短。
否则将很快进入再结晶晶核长大阶段；加热温度越低，保温时间就要越长。
否则再结晶过程不充分，达不到再结晶退火的目的。
根据现有工业有色金属合金再结晶退火温度统计表明，最佳再结晶退火温度为：0.7-0.8Tm（Tm为合金熔点的绝对温度）。
热处理对金属性能的影响从强度到韧性的改善
热处理对金属性能的影响从强度到韧性的改善热处理对金属材料性能的影响：从强度到韧性的改善热处理技术在金属加工和制造过程中扮演着重要的角色。
通过热处理，能够改变金属材料的晶体结构和组织，从而影响其力学性能。
本文将探讨热处理对金属材料性能的影响，特别是从强度到韧性的改善。
1. 强度的提高热处理可以显著提高金属材料的强度，使其具备更高的抗拉强度和屈服强度。
这是通过改变材料的晶粒尺寸、晶粒形貌和晶体结构来实现的。
例如，经过固溶处理和时效处理的合金材料，可以形成细小均匀的溶体固溶体，从而增强其抗拉强度和硬度。
此外，通过调控加热温度和保温时间，可以精确控制晶粒尺寸和晶粒边界的分布，进一步提高材料的强度。
2. 韧性的改善热处理还可以改善金属材料的韧性，使其具备更好的抗冲击性能和塑性变形能力。
这是通过调控晶界和位错的密度和分布来实现的。
经过退火处理或再结晶处理的金属材料，能够形成较多的细小和均匀的亚晶粒，并且晶界有清晰的孪晶结构。
这些亚晶粒和孪晶结构可以有效地吸收和阻尼位错的移动，从而提高材料的韧性和抗冲击性能。
3. 硬度的调控热处理还可以调控金属材料的硬度，使其在满足强度和韧性要求的同时，具备适当的表面硬度。
通过淬火和回火处理，可以获得高硬度的金属材料。
淬火能够快速冷却材料，形成致密的马氏体组织，从而提高材料的硬度和强度。
而回火处理则能消除淬火过程中残余应力和脆性，调控硬度和保证合适的塑性变形能力。
4. 耐腐蚀性的增强热处理还可以增强金属材料的耐腐蚀性。
通过固溶处理、时效处理和再结晶处理，可以优化材料的晶体结构和晶界分布，消除或减少金属中的含有害元素和间隙原子，从而提高金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性能。
此外，热处理还能使金属表面形成一层致密的氧化膜，防止金属与外界环境的直接接触和腐蚀。
综上所述，热处理对金属材料的性能有着显著的影响。
通过调控材料的晶体结构、晶粒尺寸和晶界分布，可以在强度和韧性之间取得平衡，满足不同工程应用的要求。
《金属热处理缺陷分析及案例》完整版
聚二醇（PAG）。
▪ F、其它措施： ▪ 及时回火。局部包扎。 ▪ （六）、其它热处理裂纹： ▪ 回火裂纹：多出现于高速钢或高合金工
具钢。 ▪ 冷处理裂纹：高速钢刀具、工模具冷至
－80度以下的淬火处理时易出现裂纹。 ▪ 时效裂纹：高温合金多。 ▪ 磨削裂纹：出现于淬硬工具钢或经渗碳、
▪ 经渗碳、碳氮共渗的零件，表层产生 很大的压应力、心部产生很大的拉应 力。
三、残余应力对力学性能的影响：
▪ 1、残余拉应力导致硬度降低，压应力则提 高硬度值。
▪ 2、残余应力增大，磨损增大。 ▪ 3、疲劳失效： ▪ （1）、失效过程：裂纹萌生→裂纹扩展。 ▪ （2）、残余压应力提高工件的疲劳强度。 ▪ 4、残余拉应力增大了应力腐蚀开裂的敏感
金属热处理缺陷 分析及案例
授课内容：
▪ 第一部分： ▪ 常见热处理缺陷的特征、产生原因、
危害性和预防措施。 ▪ 第二部分： ▪ 热处理质量全面控制体系。 ▪ 第三部分： ▪ 典型热处理缺陷案例分析。 ▪ 第四部分： ▪ 总结复习
▪第一部分
▪热处理缺陷特征、原因 及防止措施
第一章、热处理缺Biblioteka 概述：▪ A、冶金因素： ▪ （1）材料质量：冶金缺陷扩展成淬火裂纹。 ▪ （2）、化学成分：①、碳量超高，倾向越大。
②、合金元素：双向作用。 ▪ （3）、原始组织：粗大组织或魏氏组织倾向
大。球状组织倾向小。
B、零件尺寸和结构：
▪ （1）、截面尺寸过大或过小不易淬 裂。
▪ （2）、截面突变处：淬裂倾向大。
▪ （一）、含义：
▪ 指在热处理生产过程中产生 的使零件失去使用价值或不符合 技术条件要求的各种不足，以及 使热处理以后的后序工序工艺性 能变坏或降低使用性能的热处理 隐患。
焊接工艺对接头残余应力的影响与优化
焊接工艺对接头残余应力的影响与优化引言：焊接是一种常用的金属连接方式，广泛应用于各个行业。
然而，焊接过程中产生的残余应力对接头的性能和寿命产生了重要影响。
因此，研究焊接工艺对接头残余应力的影响，并寻找优化方法，对于提高焊接质量和延长接头使用寿命具有重要意义。
一、焊接工艺对接头残余应力的影响1. 热应力影响焊接过程中，高温引起的热膨胀差异会导致接头产生瞬时应力，这种应力称为热应力。
热应力会导致接头变形和应力集中，进而影响接头的机械性能和疲劳寿命。
2. 冷却速率影响焊接完成后，接头会经历冷却过程。
冷却速率的快慢会影响接头的残余应力分布。
快速冷却会导致接头表面产生较大的残余应力，而慢速冷却则会使残余应力分布更加均匀。
3. 焊接方向影响焊接方向对接头残余应力的分布也有重要影响。
焊接方向与应力方向的一致性会减小接头的残余应力，反之则会增大。
二、优化焊接工艺以减小残余应力1. 控制焊接温度合理控制焊接温度可以减小热应力对接头的影响。
通过调整焊接电流、电压和焊接速度等参数，可以控制焊接温度在适当范围内，减小热应力的产生。
2. 采用预热和后热处理预热可以提高接头的温度均匀性，减小焊接过程中的温度梯度，从而减小残余应力的产生。
后热处理可以通过加热和保温等方式，使接头温度缓慢降低，有助于减小残余应力。
3. 优化焊接顺序合理的焊接顺序可以减小焊接过程中的残余应力。
通常情况下，从中心向外焊接可以减小残余应力的产生，因为这样可以减小焊接过程中的温度梯度。
4. 控制冷却速率合理控制冷却速率可以减小接头表面的残余应力。
可以采用保温措施或者控制冷却介质的温度来控制冷却速率，使接头的残余应力分布更加均匀。
结论：焊接工艺对接头残余应力具有重要影响，合理优化焊接工艺可以减小接头的残余应力，提高接头的性能和使用寿命。
通过控制焊接温度、采用预热和后热处理、优化焊接顺序以及控制冷却速率等方法，可以有效减小接头的残余应力，提高焊接质量。
因此，在实际焊接过程中，需要根据具体情况选择合适的焊接工艺，以减小残余应力对接头的影响。
热处理对金属材料的疲劳性能的影响
热处理对金属材料的疲劳性能的影响磨损、应力集中、高温环境等因素会对金属材料的疲劳性能造成不利影响，降低材料的使用寿命和安全性。
为了改善金属材料的疲劳性能，人们采取了各种方法，其中热处理技术被广泛应用。
本文将探讨热处理对金属材料疲劳性能的影响机理与技术应用。
一、影响机理1. 去除材料缺陷热处理过程中，通过高温处理、保温冷却等工艺，有助于去除材料中的缺陷，如夹杂物、夹层、气孔等。
这些缺陷是导致金属材料疲劳断裂的主要原因之一，通过热处理可以有效地减少这些缺陷的数量和尺寸，提高材料的疲劳强度和寿命。
2. 调整组织结构热处理可以改变金属材料的晶体结构和组织形态，从而调整其力学性能。
热处理过程中的加热、保温、冷却等工艺参数可以使材料的晶体结构重塑，晶粒尺寸细化，晶界强化，提高材料的抗疲劳性能。
同时，热处理还可以改变材料的相变行为，如奥氏体相变、共析相变等，进一步优化材料的力学性能。
3. 减少残余应力在金属材料的加工过程中，如锻造、淬火等工艺会导致材料中产生残余应力。
这些残余应力会对材料的疲劳性能产生负面影响。
热处理过程中的高温加热和冷却可以使残余应力得到释放和调整，降低其对金属材料的影响，提高材料的疲劳强度。
二、技术应用1. 热处理方法常见的金属材料热处理方法包括退火、正火、淬火等。
退火可以通过加热至材料的再结晶温度或高于材料的回复温度，再经过适当的冷却过程来改善材料的疲劳性能。
正火和淬火则是通过加热和冷却过程控制材料中的相变行为和组织结构，从而调整材料的力学性能。
2. 高温处理高温处理是指通过将金属材料加热至一定温度后进行保温、冷却等工艺步骤来改善其疲劳性能。
高温处理可以有效地改变金属材料的组织结构，晶粒尺寸细化，晶界强化，提高材料的抗疲劳性能。
常见的高温处理方法包括固溶处理、时效处理等。
3. 表面处理金属材料的表面处理可以通过增加表面硬度、改善表面质量和细化表层晶粒等方式来提高材料的疲劳性能。
常见的表面处理方法包括氮化、渗碳、喷丸等。
热处理 残余应力
热处理残余应力热处理是一种常见的金属加工工艺，它通过加热和冷却的方式，改变材料的组织结构和性能，从而达到增强材料硬度、强度和韧性等目的。
然而，在热处理过程中，由于温度变化、热应力、冷却速率等因素的影响，材料内部会产生残余应力，这种应力可能会对材料的性能和使用寿命产生不利影响。
本文将从热处理残余应力的形成机理、影响因素、测试方法和解决措施等方面进行探讨。
一、热处理残余应力的形成机理热处理残余应力是指在材料经过热处理后，由于内部温度变化不均匀、热应力和冷却速率等因素的影响，导致材料内部产生的一种应力状态。
这种应力不会消失，而是会一直存在于材料内部，直到外力作用下才会释放。
其形成机理主要包括以下几个方面：1. 热膨胀效应在热处理过程中，材料内部温度升高，导致材料体积膨胀，形成内部应力。
当材料冷却时，由于内部温度不均匀，不同部位的膨胀程度也不同，从而产生残余应力。
2. 热应力效应当材料被加热时，由于不同部位的温度升高速度不同，导致不同部位的线膨胀系数不同，从而产生热应力。
当材料冷却时，由于内部温度分布不均匀，这种应力会转化为残余应力。
3. 冷却速率效应在热处理过程中，冷却速率也会影响材料的残余应力。
当冷却速率较快时，材料内部的热应力会更大，残余应力也会更大。
二、热处理残余应力的影响因素热处理残余应力的大小和分布情况受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 材料的性质不同材料的热膨胀系数、热导率、热容等性质不同，这些性质会影响材料在热处理过程中的温度分布和残余应力大小。
2. 热处理工艺参数热处理工艺参数，如加热温度、保温时间、冷却速率等，会影响材料的温度分布和残余应力大小。
3. 加工工艺材料在加工过程中可能会产生残余应力，这些应力可能会在热处理过程中被激发，从而增加热处理残余应力的大小。
4. 热处理设备热处理设备的性能和精度也会影响热处理残余应力的大小和分布情况。
三、热处理残余应力的测试方法热处理残余应力的测试方法主要包括以下几种：1. X射线衍射法X射线衍射法可以通过测量材料中的晶格应变来计算残余应力大小和分布情况。
金属加工中的应力分析和变形控制
金属加工中的应力分析和变形控制金属加工是一种制造工艺，其中包括了许多不同的过程，如铸造、锻造、压力成形、切削和焊接等。
这些过程中，材料的应力分析和变形控制是非常重要的。
因为在金属加工中，材料通常会经历受力、温度变化和塑性变形等作用，而这些因素都会对其结构和性能造成影响。
所以，针对这些问题进行应力分析和变形控制的工作就非常关键。
一、金属材料的应力分析在任何金属加工过程中，都要考虑材料的应力状态和变形行为。
因为任何形状和尺寸的金属工件，都会在加工过程中发生应力分布和应力变化。
所以，为了保证加工过程的精度和质量，就需要对材料的应力状态进行分析。
应力分析的过程中，包括一些基本的工艺操作，如测量应力、确定材料的应力状态，并确定适当的加工过程来减少应力。
1. 应力测量应力测量是进行应力分析的第一步。
在金属加工过程中，常见的应力测量方法有实验测量和数值模拟。
实验测量的方法是通过安装应变计等传感器在线测量材料的应力值。
这种方法可以准确地测量应力值，但更加昂贵和费时。
另一方面，数值模拟则使用有限元分析技术来模拟与预测应力值。
该方法可以更便宜地实现应力分析，但可以在许多情况下提供精确的数据。
2. 确定材料的应力状态一旦测量出材料的应力值，就需要确定材料的应力状态。
这个过程可以使用多种分析方法，例如使用三维应力分析技术。
应力分析技术可以使用CAD软件和有限元分析技术来进行应力分析。
这种方法可以同时考虑受力和几何形状因素，而不仅仅考虑材料特性。
3. 选择适当的加工过程对于不同的材料应力状态和不同的应力分析方法，需要选择适当的加工过程。
通过考虑材料的应力状态，可以优化金属加工过程，从而增加加工精度和功能性。
二、金属材料的变形控制在金属加工过程中，变形控制是非常重要的，因为过度的变形会导致材料的强度下降，甚至引起微裂纹、崩裂和变形。
因此，在金属加工中，变形控制需要使用一些技术来控制和监测变形。
下面是一些常用的变形控制技术。
热处理工艺对金属材料性能的影响
热处理工艺对金属材料性能的影响热处理工艺是一种常用于改变金属材料性能的方法，通过对金属材料进行加热和冷却处理，可以显著提升其物理、化学和机械性能。
本文将探讨热处理工艺对金属材料性能的具体影响。
1. 调变材料强度和硬度热处理工艺可以改变金属材料的强度和硬度。
通过调控加热温度和冷却速率，可以使金属材料的晶体结构发生变化。
例如，调节热处理过程中的淬火介质和淬火温度，可以将宏观组织转变为细小的马氏体组织，从而提高金属材料的硬度和强度。
2. 提高金属的耐磨性金属材料在使用过程中往往需要具备良好的耐磨性能，以防止表面受到磨损损坏。
热处理工艺可以通过改变金属材料的晶体结构，提高其耐磨性。
例如，采用淬火过程可以在金属表面形成增加硬度的马氏体，从而提高其抗磨损性能。
3. 提升金属的韧性和塑性金属材料的韧性和塑性是衡量其可塑性和断裂抗性的重要指标。
通过适当的热处理工艺，可以显著提升金属材料的韧性和塑性。
例如，采用固溶处理和时效处理可以改变金属材料的析出相行为，使其具备更好的延展性和抗断裂性能。
4. 改善金属的耐腐蚀性能金属材料在暴露于潮湿空气或特定环境中时容易发生腐蚀，进而影响其使用寿命。
热处理工艺可以通过形成致密的氧化膜或化合物膜，提高金属的耐腐蚀性能。
例如，通过淬火和回火处理可以降低铁素体不锈钢中的碳和铬元素的溶解度，从而增加其耐腐蚀性。
5. 调节材料的尺寸稳定性金属材料在受热和冷却过程中容易发生尺寸变化，这对一些精密零部件的制造和装配造成困扰。
热处理工艺可以通过控制加热和冷却过程来调节材料的尺寸稳定性。
例如，应用固溶处理和冷却过程中的时效处理可以减轻金属材料的变形和残余应力，提高其尺寸稳定性。
综上所述，热处理工艺对金属材料性能的影响是多方面的。
通过适当的热处理工艺，可以调变材料的强度、硬度、耐磨性、韧性、塑性、耐腐蚀性和尺寸稳定性。
对于不同的金属材料和应用需求，选择合适的热处理工艺是提升金属材料性能的重要手段。
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热处理残余应力是指工件经热处理后最终残存下来的应力，对工件的形状、尺寸和性能都有极为重要的影响。
当它超过材料的屈服强度时，便引起工件的变形，超过材料的强度极限时就会使工件开裂，这是它有害的一面，应当减少和消除。
但在一定条件下控制应力使之合理分布，就可以提高零件的机械性能和使用寿命，变有害为有利。
分析钢在热处理过程中应力的分布和变化规律，使之合理分布对提高产品质量有着深远的实际意义。
例如关于表层残余压应力的合理分布对零件使用寿命的影响问题已经引起了人们的广泛重视。
1 钢的热处理应力工件在加热和冷却过程中，由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致，形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力，即热应力。
在热应力的作用下，由于表层开始温度低于心部，收缩也大于心部而使心部受拉，当冷却结束时，由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉。
即在热应力的用下最终使工件表层受压而心部受拉。
这种现象受到冷却速度，材料成分和热处理工艺等因素的影响。
当冷却速度愈快，含碳量和合金成分愈高，冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大，最后形成的残余应力就愈大。
另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时,因比容的增大会伴随工件体积的膨胀，工件各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。
组织应力变化的最终结果是表层受拉应力，心部受压应力，恰好与热应力相反。
组织应力的大小与工件在马氏体相变区的冷却速度、形状、材料的化学成分等因素有关。
实践证明，任何工件在热处理过程中，只要有相变，热应力和组织应力都会发生。
只不过热应力在组织转变以前就已经产生了，而组织应力则是在组织转变过程中产生的，在整个冷却过程中，热应力与组织应力综合作用的结果，就是工件中实际存在的应力。
这两种应力综合作用的结果是十分复杂的，受着许多因素的影响，如成分、形状、热处理工艺等。
就其发展过程来说只有两种类型，即热应力和组织应力，作用方向相反时二者抵消，作用方向相同时二者相互迭加。
不管是相互抵消还是相互迭加，两个应力应有一个占主导因素，热应力占主导地位时的作用结果是工件心部受拉，表面受压。
组织应力占主导地位时的作用结果是工件心部受压表面受拉。
2 热处理应力对淬火裂纹的影响存在于淬火件不同部位上能引起应力集中的因素(包括冶金缺陷在内)，对淬火裂纹的产生都有促进作用，但只有在拉应力场内(尤其是在最大拉应力下)才会表现出来，若在压应力场内并无促裂作用。
淬火冷却速度是一个能影响淬火质量并决定残余应力的重要因素，也是一个能对淬火裂纹赋于重要乃至决定性影响的因素。
为了达到淬火的目的，通常必须加速零件在高温段内的冷却速度，并使之超过钢的临界淬火冷却速度才能得到马氏体组织。
就残余应力而论，这样做由于能增加抵消组织应力作用的热应力值，故能减少工件表面上的拉应力而达到抑制纵裂的目的。
其效果将随高温冷却速度的加快而增大。
而且，在能淬透的情况下，截面尺寸越大的工件，虽然实际冷却速度更缓，开裂的危险性却反而愈大。
这一切都是由于这类钢的热应力随尺寸的增大实际冷却速度减慢，热应力减小；组织应力随尺寸的增大而增加，最后形成以组织应力为主的拉应力作用在工件表面的作用特点造成的。
并与冷却愈慢应力愈小的传统观念大相径庭。
对这类钢件而言，在正常条件下淬火的高淬透性钢件中只能形成纵裂。
避免淬裂的可靠原则是设法尽量减小截面内外马氏体转变的不等时性。
仅仅实行马氏体转变区内的缓冷却不足以预防纵裂的形成。
一般情况下只能产生在非淬透性件中的弧裂，虽以整体快速冷却为必要的形成条件，可是它的真正形成原因，却不在快速冷却(包括马氏体转变区内)本身，而是淬火件局部位置(由几何结构决定)，在高温临界温度区内的冷却速度显著减缓，因而没有淬硬所致。
产生在大型非淬透性件中的横断和纵劈，是由以热应力为主要成份的残余拉应力作用在淬火件中心，而在淬火件末淬硬的截面中心处，首先形成裂纹并由内往外扩展而造成的。
为了避免这类裂纹产生，往往使用水-油双液淬火工艺。
在此工艺中实施高温段内的快速冷却，目的仅仅在于确保外层金属得到马氏体组织，而从内应力的角度来看，这时快冷有害无益。
其次，冷却后期缓冷的目的，主要不是为了降低马氏体相变的膨胀速度和组织应力值，而在于尽量减小截面温差和截面中心部位金属的收缩速度，从而达到减小应力值和最终抑制淬裂的目的。
3 残余压应力对工件的影响渗碳表面强化作为提高工件的疲劳强度的方法应用得很广泛的原因。
一方面是由于它能有效的增加工件表面的强度和硬度，提高工件的耐磨性，另一方面是渗碳能有效的改善工件的应力分布,在工件表面层获得较大的残余压应力,提高工件的疲劳强度。
如果在渗碳后再进行等温淬火将会增加表层残余压应力,使疲劳强度得到进一步的提高。
有人对35SiMn2MoV钢渗碳后进行等温淬火与渗碳后淬火低温回火的残余应力进行过测试其结果如表I:表I. 35SiMn2MoV钢渗碳等温淬火与渗碳低温回火后的残余应力值————————————————————————————————热处理工艺残余应力值（kg/mm^2) ————————————————————————————————渗碳后880-900度盐浴加热，260度等温40分钟-65渗碳后880-900度盐浴加热淬火，260度等温90分钟-18渗碳后880-900度盐浴加热，260度等温40分钟，260度回火90分钟-38————————————————————————————————从表I的测试结果可以看出等温淬火比通常的淬火低温回火工艺具有更高的表面残余压应力。
等温淬火后即使进行低温回火,其表面残余压应力，也比淬火后低温回火高。
因此可以得出这样一个结论,即渗碳后等温淬火比通常的渗碳淬火低温回火获得的表面残余压应力更高,从表面层残余压应力对疲劳抗力的有利影响的观点来看，渗碳等温淬火工艺是提高渗碳件疲劳强度的有效方法。
那麼渗碳淬火工艺为什么能获得表层残余压应力? 渗碳等温淬火为什么能获得更大的表层残余压应力? 其主要原因有两个：一个原因是表层高碳马氏体比容比心部低碳马氏体的比容大,淬火后表层体积膨胀大,而心部低碳马氏体体积膨胀小,制约了表层的自由膨胀;造成表层受压心部受拉的应力状态。
而另一个更重要的原因是高碳过冷奥氏体向马氏体转变的开始转变温度（Ms）,比心部含碳量低的过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度（Ms）低。
这就是说在淬火过程中往往是心部首先产生马氏体转变引起心部体积膨胀，并获得强化，而表面还末冷却到其对应的马氏体开始转变点（Ms），故仍处于过冷奥氏体状态，具有良好的塑性，不会对心部马氏体转变的体积膨胀起严重的压制作用。
随着淬火冷却温度的不断下降使表层温度降到该处的（Ms）点以下，表层产生马氏体转变,引起表层体积的膨胀。
但心部此时早已转变为马氏体而强化，所以心部对表层的体积膨胀将会起很大的压制作用，使表层获得残余压应力。
而在渗碳后进行等温淬火时，当等温温度在渗碳层的马氏体开始转变温度（Ms）以上,心部的马氏体开始转变温度（Ms）点以下的适当温度等温淬火，比连续冷却淬火更能保证这种转变的先后顺序的特点(即保证表层马氏体转变仅仅产生于等温后的冷却过程中)。
当然，渗碳后等温淬火的等温温度和等温时间对表层残余应力的大小也有很大的影响。
有人对35SiMn2MoV钢试样渗碳后在260℃和320℃等温40分钟后的表面残余应力进行过测试,结果是在260℃行动等温比在320℃等温的表面残余应力要高出一倍多。
可见表面残余应力状态对渗碳等温淬火的等温温度是很敏感的。
不仅等温温度对表面残余压应力状态有影响，而且等温时间也有一定的影响。
有人对35SiMn2V钢在310℃等温2分钟、10分钟、90分钟的残余应力进行过测试。
2分钟后残余压应力为-20kg/mm，10分钟后为-60kg/mm，60分钟后为-80kg/mm，60分钟后再延长等温时间残余应力变化不大。
从上面的讨论可以看出，渗碳层与心部马氏体转变的先后顺序对表层残余应力的大小有重要影响。
渗碳后的等温淬火对进一步提高零件的疲劳寿命具有普遍意义。
此外能降低表层马氏体开始转变温度（Ms）点的表面化学热处理如渗碳、氮化、氰化等都为造成表层残余压应力提供了条件，如高碳钢的氮化--淬火工艺，由于表层氮含量的提高而降低了表层马氏体开始转变点（Ms），淬火后获得了较高的表层残余压应力使疲劳寿命得到提高。
又如氰化工艺往往比渗碳具有更高的疲劳强度和使用寿命，也是因氮含量的增加可获得比渗碳更高的表面残余压应力之故。
此外，从获得表层残余压应力的合理分布的观点来看，单一的表面强化工艺不容易获得理想的表层残余压应力分布，而复合的表面强化工艺则可以有效的改善表层残余应力的分布。
如渗碳淬火的残余应力一般在表面压应力较低,最大压应力则出现在离表面一定深度处,而且残余压力层较厚。
氮化后的表面残余压应力很高,但残余压应力层很薄,往里急剧下降。
如果采用渗碳-氮化复合强化工艺，则可获得更合理的应力分布状态。
因此表面复合强化工艺，如渗碳-氮化、渗碳-高频淬火等，都是值得重视的方向。
4 结论根据上述讨论可得出以下结论：1）热处理过程中产生的应力是不可避免的,而且往往是有害的。
但我们可以控制热处理工艺尽量使应力分布合理,就可将其有害程度降低到最低限度,甚至变有害为有利。
2）当热应力占主导地位时应力分布为心部受拉表面受压,当组织应力占主导地时应力分布为心部受压表面受拉。
3）在高淬透性钢件中易形成纵裂,在非淬透性工件中往往形成弧裂,在大型非淬透工件中容易形成横断和纵劈。
4）渗碳使表层马氏体开始转变温度（Ms）点下降,可导至淬火时马氏体转变顺序颠倒,心部首先发生马氏体转变而后才波及到表面,可获得表层残余压应力而提高抗疲劳强度。
5）渗碳后进行等温淬火可保证心部马氏体转变充分进行以后,表层组织转变才进行。
使工件获得比直接淬火更大的表层残余压应力,可进一步提高渗碳件的疲劳强度。
6）复合表面强化工艺可使表层残余压应力分布更合理,可明显提高工件的疲劳强度。